地球上的生命一直處在不斷進(jìn)化之中，但控制這一過(guò)程的基因代碼卻始終不變，還是同樣的組成部分，同樣的排列方式，與數(shù)十億年之前別無(wú)二致。
在歷史上的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，我們的遺傳機(jī)制忽然達(dá)到了平臺(tái)期，基因代碼從此固定了下來(lái)，不會(huì)再發(fā)生任何改變。
科學(xué)家認(rèn)為，其中的原因可能是DNA翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)的方式本身存在著某種限制。
西班牙的一支基因?qū)W家團(tuán)隊(duì)對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)進(jìn)行了研究。轉(zhuǎn)運(yùn)RNA能夠?qū)⒑铣傻鞍踪|(zhì)的“磚塊”運(yùn)送到“裝配線”上，讓它們以正確的順序連接在一起。
弗朗西斯?克里克(Francis Crick)于上世紀(jì)60年代破解了基因密碼的內(nèi)在機(jī)制，因此贏得了諾貝爾獎(jiǎng)。他將該機(jī)制稱作“凍結(jié)事故”。這是因?yàn)檫z傳機(jī)制只能使用20種氨基酸(合成蛋白質(zhì)的原料)，而這一數(shù)字已經(jīng)超過(guò)30億年沒(méi)有增加過(guò)了。
人類可以在體內(nèi)將這些氨基酸合成蛋白質(zhì)，但我們也需要遺傳機(jī)制無(wú)法產(chǎn)生的、額外的氨基酸。
從理論上來(lái)說(shuō)，基因密碼可以使用63種氨基酸，但在數(shù)十億年前，這一數(shù)字卻遇到了某種障礙，沒(méi)能繼續(xù)增長(zhǎng)下去。
但如果我們能夠利用的氨基酸超過(guò)了20種，在合成蛋白質(zhì)的過(guò)程中就可能經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的誤差，制造出錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)，最終導(dǎo)致整個(gè)生物系統(tǒng)土崩瓦解。
每個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA都有兩塊關(guān)鍵區(qū)域，這兩塊區(qū)域的不同組合為每個(gè)tRNA賦予了獨(dú)特的身份。如果氨基酸種類過(guò)多的話，在產(chǎn)生新的tRNA時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)肯定會(huì)出現(xiàn)混亂。
該團(tuán)隊(duì)同時(shí)還將目光投向了合成生物學(xué)這一新領(lǐng)域，希望能突破大自然的限制，進(jìn)一步擴(kuò)大遺傳密碼范圍。
“根據(jù)遺傳密碼進(jìn)行的蛋白質(zhì)合成是生物系統(tǒng)的決定性標(biāo)志，最重要的就是保證信息的翻譯準(zhǔn)確無(wú)誤?！?西班牙生物醫(yī)藥研究所的一名基因?qū)W家、本文的主要作者路易斯?里巴斯?德?波普拉納教授(Lluís Ribas de Pouplana)解釋道。
每個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA都有兩塊關(guān)鍵區(qū)域，其中一端與一種特定的氨基酸相連，另一端則負(fù)責(zé)識(shí)別由三個(gè)堿基構(gòu)成的密碼子——但同一種氨基酸可以對(duì)應(yīng)多種密碼子。這兩塊區(qū)域的不同組合為每個(gè)tRNA賦予了獨(dú)特的身份。
該研究團(tuán)隊(duì)表示，遺傳密碼之所以只能利用20種氨基酸，是因?yàn)槿绻被岱N類過(guò)多的話，在產(chǎn)生新的tRNA時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)肯定會(huì)出現(xiàn)混亂。
里巴斯教授說(shuō)道：“我們的研究工作顯示，轉(zhuǎn)運(yùn)RNA沒(méi)有足夠的識(shí)別要素，因此這個(gè)系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別出63種不同的RNA。由于每種氨基酸都需要對(duì)應(yīng)一種專門的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA，轉(zhuǎn)運(yùn)RNA數(shù)量的上限也就決定了能利用的氨基酸數(shù)量的上限。這一上限碰巧就是20種，而且已經(jīng)30億年沒(méi)有變過(guò)了。”
但該團(tuán)隊(duì)同時(shí)還將目光投向了合成生物學(xué)這一新領(lǐng)域，希望能突破大自然的限制，進(jìn)一步擴(kuò)大遺傳密碼范圍。
里巴斯教授解釋道：“這一限制不可能自然而然地發(fā)生改變，你可以將它稱作分子多樣性的瓶頸。但我們可以在實(shí)驗(yàn)室中人為地增加細(xì)胞使用的氨基酸的數(shù)量。在自然環(huán)境中，添加新的氨基酸需要整個(gè)生物系統(tǒng)進(jìn)行非常大的調(diào)整，我認(rèn)為我們的研究工作再次證明了這一點(diǎn)。大自然是做不到這樣的事情的。在此次研究之后，如何進(jìn)行這樣的調(diào)整就是我們面臨的主要問(wèn)題。”